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Derivadas de trigonométricas inversas

Derivada de arctan x: fórmula, demostración y ejemplos

La derivada de arctan x es 1/(1 + x²). Demostración a partir de tan y = x, ejemplos con la regla de la cadena como arctan(2x) y arctan(x²), y gráfica.

Derivadas de trigonométricas inversas Actualizado 2 min de lectura

De un vistazo

\frac{d}{dx}\,\arctan x = \frac{1}{1 + x^2}
Derivada
\dfrac{1}{1 + x^2} para todo x real
Con la regla de la cadena
\dfrac{d}{dx}\arctan u = \dfrac{u'}{1 + u^2}
Dominio de arctan x
todos los números reales
Recorrido de arctan x
\left(-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right)
Versión para integrales
\int \frac{1}{1 + x^2}\,dx = \arctan x + C
En esta página
  1. Gráfica de arctan x y de su derivada
  2. Demostración de la derivada de arctan x
  3. Versión con la regla de la cadena: derivada de arctan(u)
  4. Ejemplos resueltos
  5. Errores comunes

La derivada de \arctan x es \dfrac{1}{1 + x^2}. A diferencia de arcsen y arccos, no hay raíz cuadrada ni restricción de dominio: la fórmula funciona para todo número real.

\frac{d}{dx}\,\arctan x = \frac{1}{1 + x^2}

Gráfica de arctan x y de su derivada

Gráfica de y = arctan x y de su derivada y = 1/(1 + x²)
La arcotangente sube más rápido en el origen, con pendiente 1, y luego se estabiliza hacia sus asíntotas horizontales y = \pm\frac{\pi}{2}.

La derivada es una curva en forma de campana que siempre es positiva, así que \arctan x siempre crece. Como la derivada tiende a 0 en ambos extremos, la gráfica se aplana hacia \pm\frac{\pi}{2}.

Demostración de la derivada de arctan x

Sea y = \arctan x, de modo que \tan y = x con -\frac{\pi}{2} < y < \frac{\pi}{2}. Deriva ambos lados con derivación implícita, usando la derivada de tan x:

\sec^2 y \cdot \frac{dy}{dx} = 1 \quad\Longrightarrow\quad \frac{dy}{dx} = \frac{1}{\sec^2 y}

La identidad pitagórica \sec^2 y = 1 + \tan^2 y lo convierte en una expresión en x:

\frac{dy}{dx} = \frac{1}{1 + \tan^2 y} = \frac{1}{1 + x^2}

Esta vez no hace falta elegir signo, ya que 1 + x^2 siempre es positivo.

Versión con la regla de la cadena: derivada de arctan(u)

Con la regla de la cadena:

\frac{d}{dx}\arctan u = \frac{u'}{1 + u^2}
Función Interior u Derivada
\arctan(2x) 2x \frac{2}{1 + 4x^2}
\arctan(x^2) x^2 \frac{2x}{1 + x^4}
\arctan(e^x) e^x \frac{e^x}{1 + e^{2x}}
\arctan(\sqrt{x}) \sqrt{x} \frac{1}{2\sqrt{x}(1 + x)}
\arctan\!\left(\frac{x}{a}\right) \frac{x}{a} \frac{a}{a^2 + x^2}

La última fila da la integral estándar \int \frac{dx}{a^2 + x^2} = \frac{1}{a}\arctan\frac{x}{a} + C.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1: arctan de 1/x. Para x \ne 0,

\frac{d}{dx}\arctan\frac{1}{x} = \frac{-1/x^2}{1 + 1/x^2} = \frac{-1}{x^2 + 1}

Es la opuesta de la derivada de arctan, así que \arctan x + \arctan\frac{1}{x} es constante a cada lado de 0. Vale \frac{\pi}{2} para x > 0 y -\frac{\pi}{2} para x < 0.

Ejemplo 2: regla del producto. Para f(x) = x\arctan x:

f'(x) = \arctan x + \frac{x}{1 + x^2}

Ejemplo 3: recta tangente. En x = 1, \arctan 1 = \frac{\pi}{4} y la pendiente es \frac{1}{2}. La recta tangente es y = \frac{\pi}{4} + \frac{1}{2}(x - 1).

Errores comunes

  1. Escribir \sec^2 x. Esa es la derivada de \tan x, no de \arctan x.
  2. Escribir \frac{1}{1 + x}. La x va al cuadrado. Comprueba: en x = 1 la pendiente tiene que ser \frac{1}{2}.
  3. Olvidar elevar al cuadrado todo el interior. \arctan(3x) da 1 + 9x^2, no 1 + 3x^2.
  4. Confundirla con \frac{1}{\tan x} = \cot x. \tan^{-1} x es la función inversa.

Leída al revés, esta derivada da la integral de 1/(1 + x²). La integral de arctan x en sí se calcula por partes. Consulta también la función arcotangente y los ejercicios de derivadas de trigonométricas inversas.

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Preguntas frecuentes

¿Cuál es la derivada de arctan x?

La derivada de \arctan x (que también se escribe \tan^{-1} x) es \frac{1}{1 + x^2}.

¿Cuál es la derivada de arctan(2x)?

Por la regla de la cadena es \frac{2}{1 + (2x)^2} = \frac{2}{1 + 4x^2}.

¿Cuál es la derivada de arctan(x²)?

La derivada del interior es 2x, así que el resultado es \frac{2x}{1 + x^4}.

¿Cuál es la integral de 1/(1 + x²)?

Es \arctan x + C. Es la derivada de \arctan x leída al revés.

Escrito por el equipo de PracticeCalculus

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